【正文】 串行設(shè)計(jì)、獨(dú)立設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)管理方式紙質(zhì)圖檔、技術(shù)文檔管理基于PDM的產(chǎn)品數(shù)字化管理仿真方式物理樣機(jī)數(shù)字樣機(jī)、物理樣機(jī)特點(diǎn)過早進(jìn)入物理樣機(jī)階段，從設(shè)計(jì)到物理樣機(jī)反復(fù)修正個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、手工計(jì)算帶來的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)周期長，成本高形象直觀，干涉檢查、強(qiáng)度分析、動(dòng)態(tài)模擬、優(yōu)化設(shè)計(jì)、外觀及色彩設(shè)計(jì)等采用數(shù)字樣機(jī)實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)錯(cuò)誤少，設(shè)計(jì)周期短，成本低 數(shù)字化設(shè)計(jì)過程的特點(diǎn) 產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)過程具備以下的特點(diǎn)： （1）廣泛采用CAx 工具：CAx軟件的應(yīng)用是數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，這些軟件工具的應(yīng)用表明制造業(yè)已經(jīng)開始利用現(xiàn)代信息技術(shù)來改進(jìn)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，標(biāo)志著數(shù)字化設(shè)計(jì)的開始。設(shè)計(jì)過程中，個(gè)環(huán)節(jié)的相關(guān)人員從各自角度及早發(fā)現(xiàn)問題，并提出修改意見。 (4) 跨地域: 制造的全球化使得參與設(shè)計(jì)過程各個(gè)階段的設(shè)計(jì)人員分別來自不同的部門、地區(qū)，甚至不同的國家，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中的相互協(xié)調(diào)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員可以在PDM支持的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，并行協(xié)同地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造活動(dòng)。[2] （6） 協(xié)同性：在設(shè)計(jì)過程中，不同階段、不同學(xué)科或是不同部門、不同地區(qū)的設(shè)計(jì)人員經(jīng)常需要進(jìn)行協(xié)同交往，因此，數(shù)字化設(shè)計(jì)需要在線交互的通信工具的支持。 （8） 異構(gòu)性： 數(shù)字化設(shè)計(jì)中所采用的操作系統(tǒng)及相應(yīng)的CAD/Solidworks等軟件工具可能是不相同的：計(jì)算機(jī)配置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等硬件平臺也可能是不相同的。 數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法和手段 數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)離不開先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論、方法和數(shù)字化設(shè)計(jì)手段的支持。以計(jì)算機(jī)為工作平臺的數(shù)字化設(shè)計(jì)工具被廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段，取代了傳統(tǒng)手工設(shè)計(jì)使用的圖版、丁字尺、圓規(guī)等，使得設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量得到了全面提高。 一、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù) CAD技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)50年代后期。CAD一詞，習(xí)慣上指應(yīng)用于幾何建模和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，其功能一般有幾何建模、特征建模、物性計(jì)算等，以及一般軟件使用操作，數(shù)據(jù)存儲、顯示和輸出等。通常這樣的軟件系統(tǒng)包括以下功能。三維模型的建立是基于計(jì)算機(jī)幾何造型技術(shù)發(fā)展起來的，它是在設(shè)計(jì)方案確定以后，借助CAD系統(tǒng)提供的造型方法確定產(chǎn)品零部件的結(jié)構(gòu)形狀、數(shù)量和相互配置關(guān)系，并以一定的方式在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲起來，同時(shí)把設(shè)計(jì)結(jié)果呈現(xiàn)給設(shè)計(jì)者進(jìn)行修改判定。在數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，引用三維建模技術(shù)可以獲得產(chǎn)品零部件的實(shí)體模型，并對其進(jìn)行虛擬的綜合設(shè)計(jì)和分析。[2] 計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì) 傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要是面向功能的設(shè)計(jì)，往往忽略產(chǎn)品的造型、肌理、色彩、裝飾、人機(jī)因素等。這些往往成為產(chǎn)品的主要賣點(diǎn)，同時(shí)也使得產(chǎn)品具有更高的附加值。CAID技術(shù)以工業(yè)設(shè)計(jì)知識為核心，以計(jì)算機(jī)為輔助工具，運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的理念和方法，實(shí)現(xiàn)形態(tài)、色彩、宜人性設(shè)計(jì)和美學(xué)原則的定量化描述，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維、審美能力和綜合分析能力。預(yù)裝配的內(nèi)容包括產(chǎn)品的裝配建模、裝配零件之間的約束關(guān)系及間隙分析、裝配規(guī)劃、可裝配性分析與評價(jià)等。通過數(shù)字化預(yù)裝配過程，可以使設(shè)計(jì)者在開發(fā)的初期階段就能夠?qū)λO(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行分析與協(xié)調(diào)，提高設(shè)計(jì)的速度與質(zhì)量。一是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配過程的協(xié)調(diào)和管理，以可視化的形式規(guī)劃、展示和驗(yàn)證虛擬裝配工藝過程，通過人機(jī)協(xié)同的裝配工藝規(guī)劃算法，生成裝配順序與路徑，進(jìn)行裝配過程的仿真與協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)各級工作的有序進(jìn)行；二是實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)的分析與優(yōu)化，使設(shè)計(jì)人員能夠?qū)?shù)字預(yù)裝配的數(shù)字樣機(jī)進(jìn)行瀏覽、檢查和運(yùn)動(dòng)模擬，分析并優(yōu)化裝配件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)模擬和數(shù)字樣機(jī)優(yōu)化，包括空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)優(yōu)化、裝配模擬優(yōu)化以及數(shù)字樣機(jī)的綜合優(yōu)化 目前大型的CAD系統(tǒng)都具有數(shù)字化預(yù)裝配的功能，不僅能夠?qū)Ξa(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化預(yù)裝配，而且還能進(jìn)行裝配環(huán)境的仿真，準(zhǔn)確反映裝配操作、裝配空間以及工裝夾具對裝配工作的影響 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)是將人的想象力與電子學(xué)、信息科學(xué)相結(jié)合的一項(xiàng)綜合技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建一種特殊的仿真環(huán)境，這種環(huán)境并不是真實(shí)存在的，但用戶可以借助各種傳感系統(tǒng)與它進(jìn)行自然的交互，仿佛身臨其境一般 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具備自主性、交互性和沉浸感三個(gè)基本特征。在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì)階段，通過三維虛擬環(huán)境，設(shè)計(jì)人員能夠直接操縱產(chǎn)品和零件，進(jìn)行各種形狀的建模和修改，利用虛擬現(xiàn)實(shí)的漫游特征和實(shí)時(shí)交互性，相關(guān)人員可以對產(chǎn)品原型的各個(gè)方面進(jìn)行評價(jià)。CAPP是一種通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，以系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方法，輔助確定零件或產(chǎn)品從毛胚到成品的制造工藝流程規(guī)劃方法與技術(shù)。與傳統(tǒng)的手工工藝過程設(shè)計(jì)相比，CAPP能夠顯著提高工藝文件的質(zhì)量和工作效率，減少工藝編制工作對工藝人員技能的依賴，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，便于保留企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)、建立工藝知識庫，改進(jìn)工藝方法、引入新工藝 數(shù)字化設(shè)計(jì)研究與發(fā)展的技術(shù)前沿 1. 并行設(shè)計(jì)技術(shù) 進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，設(shè)計(jì)階段的重要性越來越被人們所認(rèn)識，并行工程的概念應(yīng)運(yùn)而生。這種工作模式力圖使開發(fā)者從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度和用戶需求，以減少產(chǎn)品開發(fā)過程下游的設(shè)計(jì)更改，縮短整個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)過程周期。 并行設(shè)計(jì)是以并行工程的思想貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的一種集成化設(shè)計(jì)方法，遵循的原則是以產(chǎn)品開發(fā)為中心，并綜合考慮產(chǎn)品生命周期的各階段，涉及設(shè)計(jì)流程的更改。處于產(chǎn)品生命周期前端的設(shè)計(jì)階段不但需要為下游的環(huán)節(jié)提供完整信息，而且需要來自下游環(huán)節(jié)的反饋信息以對設(shè)計(jì)階段的不足提出修改意見。 并行設(shè)計(jì)的并行性在計(jì)算機(jī)環(huán)境下必須具有可操作性。從產(chǎn)品模型來看，模型的信息應(yīng)可修改和更新，特別是針對產(chǎn)品外形的幾何模型，在根據(jù)下游需求修改后，模型不需重構(gòu)而是在新參數(shù)下更新。[2] 在設(shè)計(jì)過程中，下游活動(dòng)中的輸入數(shù)據(jù)、信息來源于前面環(huán)節(jié)的輸出結(jié)果。在并行設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)前工作小組可以在前面工作小組的任務(wù)尚未完成時(shí)，就啟動(dòng)當(dāng)前活動(dòng)，這個(gè)時(shí)候獲得的信息是不完備的，但卻是當(dāng)前活動(dòng)所必須的。在開發(fā)過程中，各環(huán)節(jié)的模型與信息也是不斷完善的過程，直到設(shè)計(jì)過程全部完成。信息發(fā)布的時(shí)機(jī)可以借鑒成熟度的思路來控制。這個(gè)預(yù)發(fā)布版本發(fā)布給下游的活動(dòng)，下游活動(dòng)可以進(jìn)行初步的工藝工裝設(shè)計(jì)和制造準(zhǔn)備。 （3）對設(shè)計(jì)過程的信息進(jìn)行管理： 管理設(shè)計(jì)過程各環(huán)節(jié)的信息，包括中間信息、發(fā)布信息、信息之間的關(guān)聯(lián)等。設(shè)計(jì)更新有兩種方式，一種是自動(dòng)方式，每次新的信息到來后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行更新；另一種采用人工交互更新的方式。仿真技術(shù)的應(yīng)用以這三類模型為中心展開，在產(chǎn)品制造中的應(yīng)用也包括以產(chǎn)品模型為中心的仿真、以制造系統(tǒng)模型為中心的仿真和以產(chǎn)品開發(fā)過程模型為中心的仿真等三個(gè)方面，這三方面的應(yīng)用隨著制造企業(yè)信息化進(jìn)程的發(fā)展而發(fā)展，總的趨勢是由局部到全局，由分散到集成，并更加注重可視化技術(shù)的應(yīng)用及與用戶之間的交互。 在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時(shí)，要考慮的不只局限于與功能需求有關(guān)的方面，如形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)及各種物理特征，還要綜合考慮諸如制造、裝配、維護(hù)、成本等各方面的因素。 （2）以制造系統(tǒng)模型為中心的仿真包括對于復(fù)雜制造裝備的仿真，對于復(fù)雜制造系統(tǒng)的仿真。 （3）以開發(fā)過程模型為中心的仿真包括設(shè)計(jì)過程的仿真和制造過程的仿真。 為實(shí)現(xiàn)三類模型及其仿真的綜合集成，需要擴(kuò)展傳統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)字化模型。例如通過基于實(shí)體可視化的仿真分析，模擬在真實(shí)工作環(huán)境條件下的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性，最終得到最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。虛擬樣機(jī)是基于三維CAD的產(chǎn)物，但不僅僅是計(jì)算機(jī)內(nèi)部所有零部件的裝配組合。 本章小結(jié) 本章主要介紹了刨削加工在國內(nèi)外的情況，闡述了刨床的發(fā)展趨勢及市場前景。第二章 牛頭刨床的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求根據(jù)設(shè)計(jì)對該簡易沖床的要求，主要設(shè)計(jì)參數(shù)及要求為：1） 曲柄轉(zhuǎn)速n2在64r/min, 2） 刨刀的行程H在300mm左右為好，3） 機(jī)架：380mm, 切削阻力約為9000N4） 為了提高工作效率，在空回程時(shí)刨刀快速退回，即要有急回運(yùn)動(dòng)。為了適用不同材料和不同尺寸工件的粗、精加工，要求主執(zhí)行構(gòu)件—刨刀能以數(shù)種不同速度、不同行程和不同起始位置作水平往復(fù)直線移動(dòng)，且切削時(shí)刨刀的移動(dòng)速度低于空行程速度，即刨刀具有急回現(xiàn)象。 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床，電動(dòng)機(jī)經(jīng)行星輪系和齒輪Z Z5減速帶動(dòng)曲柄2轉(zhuǎn)動(dòng)。刨頭向左時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，這個(gè)行程稱工作行程，刨頭受到較大的切削力。大型牛頭刨床多采用液壓傳動(dòng)，滑枕基本上是勻速運(yùn)動(dòng)。由于采用單刃刨刀加工，且在滑枕回程時(shí)不切削，牛頭刨床的生產(chǎn)率較低。牛頭刨床主要有普通牛頭刨床、仿形牛頭刨床和移動(dòng)式牛頭刨床等。仿形牛頭刨床是在普通牛頭刨床上增加一仿形機(jī)構(gòu)，用于加工成形表面，如透平葉片。因?yàn)槔猛鶑?fù)運(yùn)動(dòng)的刀具切割已固定在機(jī)床工作平臺上的工件〔一般用來加工較小工件)。 牛頭刨床的主要結(jié)構(gòu) 圖21 牛頭刨床主要結(jié)構(gòu) 如圖所示，工作臺，用于放置加工工件。3為滑枕。擺桿齒輪。電動(dòng)機(jī)。齒輪變速機(jī)構(gòu)。1銷子。1棘輪機(jī)構(gòu)。刨床工作時(shí)，由導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刨頭和刨刀做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為此刨床采用有急回作用的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。 牛頭刨床的工作原理 牛頭刨床是一種用于平面切削加工的機(jī)床。刨頭右行時(shí)，刨刀進(jìn)行切削，稱工作行程，此時(shí)要求速度較低并且均勻；刨頭左行時(shí)，刨刀不切削，稱空回行程，此時(shí)要求速度較高，以提高生產(chǎn)率。刨頭在工作行程中，受到很大的切削阻力，而空回行程中則沒有切削阻力。O2AO4xys6s3Xs6CBYs6234567n2FrYFr圖（21） 運(yùn)動(dòng)方案方案分析:1. 機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng).自由度為F=3n(2Pl+Ph)=35(27+0)=1。4. 傳遞性能,機(jī)構(gòu)傳動(dòng)轉(zhuǎn)角為90176。5. 動(dòng)力性能,傳動(dòng)平穩(wěn),沖擊震動(dòng)較小6. 結(jié)構(gòu)和理性,結(jié)構(gòu)簡單合理,尺寸和質(zhì)量也較小,制造和維修也較容易7. 經(jīng)濟(jì)性,無特殊工藝和設(shè)備要求,成本較低.綜上所述,選該方案. 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)介紹 最簡單的平面連桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)構(gòu)件組成的，簡稱平面四桿機(jī)構(gòu)。全部由回轉(zhuǎn)副組成的平面四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。下面主要介紹一下曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在這種機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄為原動(dòng)件，搖桿為從動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)變成搖桿的往復(fù)擺動(dòng)。圖 23 牛頭刨床橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)圖 231 攪拌機(jī)構(gòu)圖 232 縫紉機(jī) 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的主要特性 （一）急回運(yùn)動(dòng)特性 圖24所示為一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，設(shè)曲柄AB為原動(dòng)件，在其轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中，有兩次與連桿共線。如圖24所示，當(dāng)曲柄以等角速度w1順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿由位置C1D擺到C2D，擺角是ψ。搖桿的這種性質(zhì)稱為急回運(yùn)動(dòng)特性。θ角越大，K值越大，機(jī)構(gòu)的急回運(yùn)動(dòng)特性也越顯著。在一般機(jī)械中，. (二)壓力角和傳動(dòng)角 在圖25所示的四桿機(jī)構(gòu)中，若不考慮各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦角及構(gòu)件重力和慣性力的影響，由主動(dòng)件AB經(jīng)過連桿BC傳遞到從動(dòng)件CD上點(diǎn)C的力，將沿BC方向。由上式可知α越大，徑向壓力也越大，故稱角α為壓力角。壓力角的余角稱為傳動(dòng)角，用γ表示，（連桿BC與從動(dòng)件CD所夾的銳角）。所以在連桿機(jī)構(gòu)中常用傳動(dòng)角的大小及變化情況來表示機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞。當(dāng)曲柄AB轉(zhuǎn)到與機(jī)架重疊共線和拉直共線時(shí)，傳動(dòng)角出現(xiàn)極值和。為了保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能良好，設(shè)計(jì)時(shí)通常應(yīng)使。圖 25 壓力角和傳動(dòng)角 （三）死點(diǎn)位置 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿為主動(dòng)件，當(dāng)從動(dòng)件與連桿共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角為零，此時(shí)不論驅(qū)動(dòng)力F有多大，其有效分力=0,機(jī)構(gòu)的這種位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。圖 261 縫紉機(jī)踏板 死點(diǎn)位置對傳動(dòng)不利，但對夾緊和防松有利。這就保證在去掉外力F之后，仍能可靠地夾緊工件。 設(shè)計(jì)的主要步驟 1）先通過去廠里面熟悉沖床主要有哪些機(jī)構(gòu)組成，了解清楚后在對其各部分進(jìn)形設(shè)計(jì)、繪制。研究其相互之間的配合關(guān)系。 4）最后在分析沖床各個(gè)部件的作用及運(yùn)動(dòng)情況，對機(jī)床進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，模擬真實(shí)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)情況。 總體設(shè)計(jì)曲柄式牛頭刨床主要是由床身、連桿、曲柄、過渡連桿四大部分組成，而它們是我這次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。建立模型如下圖25所示 圖25總裝配圖牛頭做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其速度和加速度是變化的。 本章小結(jié)這一章節(jié)是對全功能牛頭刨床的機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)，機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)是非常重要的環(huán)節(jié)。第三章 機(jī)械部分的參數(shù)及校核 曲柄式牛頭刨床的速度、加速度的計(jì)算 牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)尺寸 根據(jù)原始數(shù)據(jù)，行程速比系數(shù)K=，則原動(dòng)件桿4的極位夾角曲柄 導(dǎo)桿 連桿 牛頭刨床導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算過程：由已知數(shù)據(jù)n2=64r/min得ω2=2π6